CZ309809B6

CZ309809B6 - An unmanned vehicle

Info

Publication number: CZ309809B6
Application number: CZ2017-418A
Authority: CZ
Inventors: Jiří Nožička; CSc Nožička Jiří prof. Ing.; Petr Prokop; Petr Ing Prokop; Jiří Ehrlich; Jiří Ing. Ehrlich
Original assignee: České vysoké učení technické v Praze
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2023-11-01
Also published as: CZ2017418A3

Abstract

The unmanned vehicle includes a multicopter that is equipped with a drive, a device for connecting the aircraft and taking off the aircraft when it departs for the mission, and an interception device for reconnecting the multicopter and the aircraft in flight before their joint vertical landing. The drive of the multicopter can be tilted into a position in which it cooperates with the drive of the attached aircraft to achieve a higher flight speed during the joint flight of the multicopter and the aircraft returning from the mission before their joint landing.

Description

Bezpilotní prostředekUnmanned vehicle

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká bezpilotních prostředků (UAV; unmanned aerial vehicle).The invention relates to unmanned aerial vehicles (UAV).

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

V současné době se využívají k průzkumům oblastí bezpilotní prostředky, které jsou koncipovány buď jako plošníky, nebo jako multikoptéry. Oba stroje jsou těžší než vzduch. Plošník využívá k tvorbě vztlaku nutného pro letu nepohyblivé nosné plochy a startuje zpravidla z horizontální dráhy, případně z katapultovacího zařízení, nebo vertikálně, pokud zařízení obsahuje zdroj tahu působící ve vertikálním směru. Multikoptéra využívá k tvorbě vztlaku rotující nosné plochy a startuje vertikálně.Currently, unmanned vehicles are used to survey areas, which are designed either as aircraft or as multicopters. Both machines are heavier than air. A flat-plane uses a fixed support surface to create the buoyancy necessary for flight and usually takes off from a horizontal track, possibly from a catapult device, or vertically, if the device contains a source of thrust acting in a vertical direction. The multicopter uses a rotating support surface to create lift and takes off vertically.

Nevýhodou plošníku je potřeba vzletové a přistávací plochy, nebo jiného startovacího zařízení. Zmíněný koncept umožňující vertikální start pak představuje nevýhodu přídavné hmotnosti zdrojů vertikálního startu/přistání nesené během dominantní části mise v horizontálním letu.The disadvantage of an airplane is the need for a take-off and landing area, or other starting equipment. The aforementioned concept allowing for vertical take-off then presents the disadvantage of the additional weight of the vertical take-off/landing resources carried during the dominant part of the mission in horizontal flight.

Nevýhodou multikoptér je především jejich nízká rychlost letu, která se nevyrovná rychlosti plošníku při srovnatelných spotřebách energie v pohonné jednotce. Dominantní nevýhodou multikoptér je jejich vysoká energetická náročnost a z toho vyplývající buď kratší operační dolet zařízení, nebo snížení hmotnosti užitečného nákladu ve prospěch extra hmotnosti zdroje energie pohonných jednotek na palubě zařízení.The disadvantage of multicopters is primarily their low flight speed, which does not match the speed of an airplane with comparable power consumption in the drive unit. The dominant disadvantage of multicopters is their high energy demand, resulting in either a shorter operational range of the device or a reduction in the weight of the payload in favor of the extra weight of the power source of the propulsion units on board the device.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny bezpilotním prostředkem obsahujícím multikoptéru, která je opatřena pohonem a zařízením pro připojení plošníku a vzlet plošníku při jeho odletu do mise a zachytávacím zařízením pro opětovné spojení multikoptéry a plošníku za letu před jejich společným vertikálním přistáním, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že pohon multikoptéry je sklopný do polohy, v níž spolupracuje s pohonem připojeného plošníku pro dosažení vyšší letové rychlosti při společném letu multikoptéry a plošníku navráceného se z mise před jejich společným přistáním.The above-mentioned shortcomings are largely eliminated by an unmanned means comprising a multicopter, which is provided with a drive and a device for connecting the airframe and taking off the airframe when it departs for the mission and a capture device for rejoining the multicopter and the airframe in flight before their common vertical landing, according to the present invention . Its essence is that the drive of the multicopter can be folded into a position in which it cooperates with the drive of the attached airframe to achieve a higher flight speed during the joint flight of the multicopter and the airframe returning from the mission before their joint landing.

Multikoptéra je s výhodou opatřena zdrojem energie a/nebo dobijecím zařízením pro dodání energie plošníku a/nebo multikoptéře při dopravě plošníku do mise.The multicopter is preferably equipped with an energy source and/or recharging device for supplying energy to the airframe and/or multicopter during transport of the airframe to the mission.

Uvedené řešení představuje spolupráci dvojice bezpilotních prostředků, z nichž jeden je koncipován jako plošník a druhý jako multikoptéra. Oba prostředky jsou dimenzovány tak, aby v režimu, kdy operují jako jeden spojený funkční celek, byla multikoptéra schopna poskytnout dostatečný tah pohonných jednotek pro vertikální let sestavy, naopak plošník bude vztlakem svých nosných ploch schopen zajistit vodorovný let celku. Obě UAV jsou schopna pracovat i v autonomním režimu, tedy bez podpory druhého. Přínosem tohoto uspořádání je, že sestava UAV může pracovat v několika režimech, které výrazně zvyšují možnosti jejího nasazení.The mentioned solution represents the cooperation of a pair of unmanned vehicles, one of which is designed as an aircraft and the other as a multicopter. Both devices are dimensioned so that in the mode when they operate as one connected functional unit, the multicopter is able to provide sufficient thrust of the drive units for vertical flight of the assembly, on the other hand, the aircraft will be able to ensure the horizontal flight of the unit with the buoyancy of its bearing surfaces. Both UAVs are capable of working in autonomous mode, i.e. without the support of the other. The benefit of this arrangement is that the UAV assembly can work in several modes, which significantly increase the possibilities of its deployment.

Základním a současně nejjednodušším režimem je využití multikoptéry jakožto pomocného systému pro svislý vzlet plošníku. Počáteční fáze vzletu je řízena pouze multikoptérou. Po dosažení letové hladiny se aktivuje pohonná jednotka plošníku, ten se odpoutá a pokračuje ve vlastní misi, zatím co multikoptéra přistane poblíž místa vzletu.The basic and at the same time the simplest mode is the use of a multicopter as an auxiliary system for the vertical take-off of an airship. The initial phase of the takeoff is controlled only by the multicopter. After reaching flight level, the airframe's drive unit is activated, it disengages and continues its own mission, while the multicopter lands near the take-off point.

Druhý režim předpokládá využití multikoptéry i během vodorovného letu, kdy sestava zaujme takovou polohu, že pohon multikoptéry spolupracuje s pohonem plošníku a umožní tak dosažení vyšší letovéThe second mode assumes the use of a multicopter even during horizontal flight, when the assembly takes such a position that the drive of the multicopter cooperates with the drive of the airframe and thus enables the achievement of a higher flight

- 1 CZ 309809 B6 rychlosti. Multikoptéra současně funguje jako zásobník energie. Tím způsobem může být v kratší době dosaženo cílové oblasti, přičemž prakticky nedochází k čerpání energie z plošníku. K rozdělení sestavy dochází až nad cílovou oblastí, plošník dále vykonává svou misi, multikoptéra se opět vrací k místu vzletu.- 1 CZ 309809 B6 speeds. At the same time, the multicopter functions as an energy store. In this way, the target area can be reached in a shorter time, while practically no energy is drawn from the airframe. The division of the assembly occurs only above the target area, the aircraft continues to perform its mission, the multicopter returns to the take-off point.

Posledním režimem je režim návratový, kdy s využitím jednoduchého záchytného systému dojde k opětovnému propojení obou UAV a sestava jako celek přejde do vertikálního letu a přistane na určeném místě.The last mode is the return mode, when using a simple capture system, the two UAVs will be reconnected and the assembly as a whole will go into vertical flight and land at the designated location.

Toto řešení umožňuje vertikální vzlet a přistání plošníku bez nároku na vzletovou a přistávací dráhu případně startovací zařízení, např. katapult a bez nároku na čerpání energie z vlastního zdroje v této energeticky nejnáročnější fázi letu. Během vlastní mise plošníku pak plošník nenese přídavnou hmotnost ve formě zdvihových pohonných jednotek a zásoby energie baterie nebo palivo pro vzlet a přistání. Tím dojde k výraznému prodloužení doby trvání vlastní mise. Ta může být ještě prodloužena, pokud je vzletový/přistávací systém využit po část mise, např. přelet do vzdáleného operačního prostoru jako energetický zásobník plošníku.This solution enables the vertical take-off and landing of an aircraft without the right to a runway or a launch device, e.g. a catapult, and without the right to draw energy from its own source in this most energy-demanding phase of the flight. During the aircraft's own mission, the aircraft does not carry additional weight in the form of lift propulsion units and battery energy reserves or fuel for take-off and landing. This will significantly increase the duration of the mission itself. This can be extended even further if the take-off/landing system is used for part of the mission, e.g. a flight to a remote operating area as an energy reservoir of an aircraft.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Vynález bude podrobněji popsán na příkladném provedení s pomocí přiloženého výkresu, kde:The invention will be described in more detail on an exemplary embodiment with the help of the attached drawing, where:

obr. 1 znázorňuje schéma vypuštění a zachycení plošníku multikoptérou.Fig. 1 shows the scheme of launching and capturing an airship by a multicopter.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention

Řešení spočívá v propojení dvou principálně odlišných koncepcí bezpilotních prostředků, které spojují jejich výhody. Vzletová/přistávací část systému je řešena jako multikoptéra optimalizovaná pro letový režim blízký visu, která zajišťuje primárně vzlet a případně i přistání celého systému. Nesený UAV ve formě plošníku je pak navržen především s ohledem na konání mise s maximální využitelnou dobou letu. Vzájemná komunikace v kombinaci s jednoduchým záchytným systémem pak umožní jednoduché rozdělení a opětovné spojení systému, a to v obou možných konfiguracích, kdy je plošník před vzletem nebo po opětovném spojení upevněn na horní straně multikoptéry, nebo naopak na její spodní straně.The solution consists in connecting two fundamentally different concepts of unmanned vehicles, which combine their advantages. The take-off/landing part of the system is designed as a multicopter optimized for a flight mode close to hovering, which primarily ensures the take-off and eventually the landing of the entire system. The carried UAV in the form of an airship is designed mainly with regard to the execution of the mission with the maximum usable flight time. Mutual communication in combination with a simple capture system will then enable simple division and reconnection of the system, in both possible configurations, when the aircraft is fixed on the upper side of the multicopter before takeoff or after reconnection, or vice versa on its lower side.

Druhý režim předpokládá využití multikoptéry i během vodorovného letu, kdy sestava zaujme takovou polohu, že pohon multikoptéry spolupracuje s pohonem plošníku a umožní tak dosažení vyšší letové rychlosti. Multikoptéra současně funguje jako zásobník energie.The second mode assumes the use of the multicopter even during horizontal flight, when the assembly takes such a position that the drive of the multicopter cooperates with the drive of the airframe and thus enables a higher flight speed to be achieved. At the same time, the multicopter functions as an energy store.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Takto koncipovaný bezpilotní prostředek podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění zejména při monitorování terénu se špatnou dostupností, dále v oblastech, kde není možnost využití horizontálních ploch pro start a přistání plošníků, případně pouze pro přistání v případech, kdy je ke startu plošníků použito katapultovací zařízení.An unmanned vehicle conceived in this way according to the present invention will find application especially when monitoring terrain with poor accessibility, as well as in areas where it is not possible to use horizontal surfaces for the take-off and landing of airframes, or only for landing in cases where a catapult device is used for the launch of airframes.

Claims

PATENT CLAIMS

1. An unmanned device, containing a multicopter, which is equipped with a drive, a device for connecting the airframe and taking off the airframe when it departs for the mission, and a capture device for reconnecting the multicopter and the airframe in flight before their common vertical landing, characterized in that the drive of the multicopter can be folded into a position in which it cooperates with the drive of the attached aircraft to achieve a higher flight speed during the joint flight of the multicopter and the aircraft returning from the mission before their joint landing.

2. An unmanned device according to claim 1, characterized in that the multicopter is equipped with a power source 10 and/or a charging device for supplying energy to the aircraft and/or the multicopter during transport of the aircraft to the mission.